JP5291109B2 - 硫酸カルシウム‐硫酸バリウムをベースとする建築ボードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線遮蔽ボードの製造方法及びこれにより得られる放射線遮蔽ボードに関するものである。

レントゲン放射線の遮蔽のために、医療分野において、しかしながら工業分野においても、例えば、レントゲン装置が配置され、操作される空間の壁にはライニング(被覆)が施されている。これには、例えば、独立した層または鉛を張った複合材として使用される鉛シートをベースにしたものがある。複合ボードは施工しにくく、特に、ボードのカットは容易でなく、鉛シートを含むボード廃材の廃棄は非常に手間がかかる。さらに、このようなボードは重量が大きい。また、多くがサンドイッチ型のボードであり、鉛シートは、これの損傷を防ぐために内部に設けられている。

当業者には、基本的に、放射線遮蔽ボードとして使用される、鉛シートを使用していない石膏ボードが知られている。DE 36 07 190には、石膏ボードとそれの放射線遮蔽ボードとしての使用が記載されており、石膏と硫酸バリウムまたは重晶石（Baryt）が、場合によっては、酸化鉛と一緒に、製造に使われている。これにおいては、同じ粒径の石膏と酸化バリウムを混合し、特に、石膏と重晶石が一緒に粉砕されることが記載されている。

DE 36 07 190

石膏が、約2.6〜2.7g/cm³の密度であるのに対し、硫酸バリウムの密度は、約4.3g/m³である。これにより両鉱物（Mineral）を混合するのが困難になっている。

硫酸バリウムは、はるかに硬い鉱物であることから、DE 36 07 190に記載されている方法を採用した場合、硫酸バリウムの粒径はほとんど変わらないのに対し、石膏は常に細かく粉砕されることになる。

細かく粉砕された石膏は、石膏スラリーの製造において特に多くの水を要する。通常の石膏ボード設備においては、石膏スラリーは短時間で切断できる程度まで硬化しなければならず、さらに乾燥の時間と温度に制限があるため、これは量産においては問題となる。

そのため、量産という観点では、DE 36 07 190の方法によりボードを製造することができなかった。

発明の課題は、硫酸バリウムの添加のないボードと同様、曲げ強度、耐火性脳、施工のし易さといった典型的なボードの特性を失うことなく、それでいながら高い放射線吸収率を備えるボードを工業的に生産する方法を提供することにあった。

この課題は以下の工程による方法により解決される。
‐ 粒径[メジアン径]d50が30〜50μmの粉体状の、硬化可能な焼石膏を準備する。
‐ 粒径[メジアン径]d50が5〜15μmの粉体状の硫酸バリウムを準備する。
‐ 粉体状の焼石膏と硫酸バリウムを混合する。
‐ 粉体の混合物を水と混合する。
‐ 通常の石膏ボード製造設備において石膏ボードを成形する。

本発明によるボードを使ったスタッド構造の遮音度を示したものである。

通常の石膏ボード製造設備は連続運転され、その際、混合されて硬化可能な材料は、ボードのカバーの上に載せられ、2つ目のカバーが施された後に、1続きになったものが裁断され、ボードは乾燥される。

硫酸バリウムは、沈殿反応により製造される産物であることから、１つには、不均一で、もう１つには、小さな粒径を示すものである。同じような粒径の焼石膏を使用する試みでは、均質な石膏スラリーを製造しようとすると水の需要が高くなった。そのボードはラインで十分に早く硬化せず、カットの際に問題を生じた。さらに、必要とされる乾燥度を達成できかった。

本発明による、より大きな粒径をもつ焼石膏の使用によってはじめて、この課題は解決することができた。このような方法で、粉体混合物を水と混ぜることができ、水と固体分の割合は0.50〜0.60で、好ましくは0.52〜0.54を達成できた。相応する石膏・硫酸バリウムスラリーの硬化は十分早く、通常の石膏ボード生産設備で裁断し、続いて乾燥することができる。この際の原紙または不繊布との付着は極めて良好であった。

ボード内の硫酸バリウムの割合が、放射線遮蔽性能を決定する。ボード表面に対するボード内に含まれる硫酸バリウムの量が多ければ多いほど、放射線遮蔽効果は向上する。一方で、硫酸バリウムの添加が多すぎると、強度と耐火性能に影響がある。考慮しなければならないのは、硫酸バリウムは石膏と異なり、結合材としての特性を持たないことである。

全ての特性に対して良好な結果は、特に、焼石膏の硫酸バリウムに対する割合が、50:50〜30:70の間にある場合に得られた。その際、好ましいのは、55〜65重量％の硫酸バリウムの割合である。特に、好ましいのは、62〜66重量％の硫酸バリウムの割合である。重量の割合は、CaSO₄ ・1/2 H₂O: BaSO₄として測定される。

驚くべきことに、ボード乾式工法構造体で優れた遮音特性を示すことが明らかになった。硫酸バリウムの割合が高くなればなるほど、遮音特性は良くなる。一方で、硫酸バリウムの割合が高くなると強度は下がる。ボードは高い曲げ柔軟性を示す。硫酸バリウムの結晶は、硬化した石膏の強度となる結晶体に組み込まれないものと推定される。

本発明の１実施形態においては、火災時におけるボードの安定性を高めるために、繊維、特に短いガラス繊維が添加される。この際、繊維の割合は、焼石膏に硫酸バリウムを加えた重量の0.2〜0.4重量％が理想的な結果をもたらす。このような短いガラス繊維は、例えば、オウェンス・コーニング社(Owens Corning)による型名『アドヴァンテクス(Advantex)』というものが入手可能である。特に適した繊維直径は、10〜20μm、特に適した繊維長さは3〜20mmである。

本発明によると、焼石膏と硫酸バリウムを、石膏スラリーの製造の直前になってはじめて混合するのが好ましいことが明らかである。両粉体が事前に混合されると、比重の違いから重力により分離する。さらに、異なる粒径分布は混合時に不利となる。

考慮すべきは、石膏ボードの製造が連続的に行われることで、つまり、連続して、安定した硫酸バリウムの分量をもつ石膏スラリーが製造されることができるような方法を見出す必要がある。

好ましい実施形態の１つにおいて、焼石膏をコンベア計量機において配量し、その焼石膏の計量結果により、硫酸バリウムを添加配量するのが特に適していることが明らかになった。また、硫酸バリウムをまず出してから、焼石膏を添加配量することも可能である。

硫酸バリウムが均等・均質にボードに存在することは、当然ながらボードの機能のために必要である。

そこで、特に好ましい実施例の１つでは、もう一つのステップにおいて、硫酸バリウムの配量に応じて顔料を添加配量されるので、染度から、硫酸バリウムの正しい濃度と分配を推量できるというものである。

放射線遮蔽ボードは、原紙で被覆された石膏ボードであってよい。しかしながら、芯部が不繊布で被覆されている石膏ボードであってもよい。

図１は、本発明によるボードを使ったスタッド構造の遮音度を示したものである。

発明の対象は、ここでも、この方法により得られるボードと遮音を目的としたその利用である。

発明の対象は、少なくとも１枚の本発明による放射線遮蔽ボードを含む乾式工法による構造体である。乾式工法による構造体には複数のボードが含まれるのが典型的であるが、放射線遮蔽ボードとその他石膏ボードを混ぜて使用することができる。

本発明を以下の例によりさらに詳しく説明する。

例１
本発明により、40％の結合材としての石膏(CaSO₄ ・1/2 H₂O)と60％の硫酸バリウム(BaSO₄)から製造された、厚みが12.5mmの原紙で被覆された石膏ボードを使用し、レントゲン装置の管電圧に応じて、以下の値の鉛当量が得られた。
管電圧 80kV 鉛当量 1mm
管電圧 100kV 鉛当量 0.5mm
管電圧 150kV 鉛当量 0.3mm

曲げ強さ、衝撃強さは、100％結合用石膏のボードのそれに相応していた。ボードは不燃であった。ボードは通常の原紙で被覆された石膏ボードと同じように切断したり割ったりすることができた。ボードの質量は約16.5kg/m²であった。

例2
例１によるボードで、しかしながら、さらに0.3重量％のオーウェンス・コーニング社の、ADVANTEXタイプの短いガラス繊維を含むボードは、火災時における高い安定性と構造の結束性を得た。この製品における繊維の直径は、16μmであり、繊維の長さは4〜16mmである。12.5mm厚のボード4枚、合計の厚み50mmで、耐火パーティションを制作することができた。この構造では、以下の鉛当量となった。
管電圧 100kV 鉛当量 1.9mm
管電圧 150kV 鉛当量 1.3mm

例3
例2によるボードで、しかしながら、ガラス不繊布被覆のボードは、原紙被覆のボードと比較して、同じ放射線吸収において、火災時にさらに高い安定度をもたらした。その上、これにより、可燃等級A1が達成された（不燃）。

例4
石膏結合材36％、硫酸バリウム64％から本発明により製造された、原紙被覆の、12.5mm厚の石膏ボードで、バー幅50mmによるCWパネルスタッドからなり、40mmのグラスウールによる空間充填、本発明によるボードで片面につき2層張りによる100mm厚のパーティションにおいて、63dBの遮音値Rw測定された（図1、曲線1）。同様に構成された、標準的な配合による石膏ボードによる壁は、これに対して、51dBの遮音値Rwを達した(図2、曲線2)。これは、本発明によるボードを使った壁により防護された空間における音量は、標準ボードによる壁の場合と比較して、主観的な印象で、ほぼ半分であることを意味する。

側路伝搬のないテストベンチにおいて、周波数領域50〜5000Hzにおいて測定された曲線が、対比して図1に示されている。

Claims (12)

1. 石膏をベースとする放射線遮蔽ボードの製造方法であって、以下の工程を有する方法：
   − 粒径d50［メジアン径］が30〜50μmの、粉末状の硬化可能な焼石膏を用意すること；
   − 粒径d50［メジアン径］が5〜15μmの、粉末状の硫酸バリウムを用意すること；
   − 粉末状の焼石膏と粉末状の硫酸バリウムを混合すること；
   − 粉末混合物を水と混ぜ、水と固体の割合（w/w）が0.50〜0.60となるようにすること；
   −石膏ボード製造設備上で石膏ボードを形成すること。
2. 焼石膏と硫酸バリウムの重量の割合が50：50〜30：70であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 焼石膏と硫酸バリウムの重量の割合が35：65〜45：55であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 焼石膏と硫酸バリウムが別々に貯蔵され、石膏ボードの製造プロセスが連続して行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の方法。
5. 焼石膏と硫酸バリウムの重量割合がコンベア計量機で調整されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
6. 混合物がさらに色素を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
7. さらに繊維が添加されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記繊維が、短いガラス繊維であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の方法により得られうる放射線遮蔽ボード。
10. 焼石膏と硫酸バリウムの重量割合が35：65〜45：55であることを特徴とする請求項９に記載の放射線遮蔽ボード。
11. 少なくとも1枚の請求項９または１０に記載の放射線遮蔽ボードを使用した乾式工法構造体。
12. 請求項９または１０に記載の放射線遮蔽ボード、または請求項１１に記載の乾式工法構造体の遮音目的による使用。

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